[发明专利]太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池及其制造方法。更具体地，本发明涉及基于纳米线的太阳能电池及其制造方法。

背景技术

由于在1997年12月正式通过了京都议定书以限制二氧化碳的排放（其是全球变暖的主要原因），已经积极地进行了对诸如太阳能、风能和水电能的可再生和清洁的可替换能源的研究。

其中，太阳能电池作为一种可替换能源引起了关注。太阳能电池是使用半导体器件将太阳能转换为电能的器件。根据构成太阳能电池的光敏层的材料，太阳能电池可以分为无机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池。

当前，在大多数情况下使用体型晶体硅太阳能电池，它是一种无机太阳能电池。

通常，硅太阳能电池具有p-n结结构，其以p型半导体层与n型半导体层接触的方式形成。当以光照射这种太阳能电池时，由入射光形成激发的电子-空穴对，即“激子”。激子在任意方向上扩散，以由p-n结中产生的电场分离为电子和空穴。此时，分离的电子移动到n型半导体层，空穴移动到p型半导体层，从而电流流动。

电子和空穴在分离后的一段时期后复合。在此，电子或空穴在它们产生后复合所花费的时间称为载流子寿命，电子或空穴直至它们复合所进行的距离称为扩散长度。

作为示例，硅的载流子寿命约为1μs，扩散长度约为100μm到300μm。

然而，硅太阳能电池存在一些问题，例如由太阳能电池的表面中的光学损耗所导致的低光电效率、起因于收集电子或空穴的电极的电阻的损耗、起因于电荷复合的损耗等。因此，需要开发具有高效率的太阳能电池。

为了增大太阳能电池的效率，期望在器件的有限体积中使分离激子的光入射面积和p-n结面积最大。另外，期望通过减小扩散距离以较小的损耗将电子和空穴转移到电极，以便避免电子－空穴复合。

同时，由于其一维结构特性，纳米线具有高的体积相对于面积的比率。因此，在包括作为光敏层的纳米线的太阳能电池中，漫反射的太阳光可能重新入射到器件上，电子和空穴进行的方向限制在一个方向上。这样，减小了电子和空穴的平均扩散长度，这使电子和空穴损失的概率减小，导致太阳能电池的光电效率的增大。

图1是示出现有的基于纳米线的太阳能电池的透视图。

参考图1，现有的基于纳米线的太阳能电池包括衬底10、在衬底10上以恒定间隔垂直布置的多条硅纳米线20、填充在纳米线之间的绝缘层30、以及用于连接到外部的电极40和50。

硅纳米线20具有径向结构，其中，从内部顺序堆叠p型半导体层22、n型半导体层24和透明电极层26。但在径向结构中，由于大部分垂直入射太阳光通过除了p-n结部分以外的区域，p型半导体层22在此与n型半导体层24接触，光电转换的概率较低，从而限制了光电效率的改进。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种具有改进结构的太阳能电池，其中，以高效率俘获垂直入射的太阳光，以及一种制造其的方法。

技术方案

根据本发明的方面，提供了一种太阳能电池。太阳能电池包括衬底，具有布置在其一个表面上的背面电极；p型半导体层，布置在所述衬底的另一个表面上并且包括在垂直于所述衬底的方向上间隔分开设置的多条纳米线；n型半导体层，沿所述多条纳米线的表面布置在所述p型半导体层上；正面电极，布置在所述n型半导体层上；以及绝缘层，形成为覆盖所述n型半导体层并且配置为填充在所述多条纳米线之间。多条纳米线中的每一条纳米线具有倾斜侧壁。

多条纳米线中的每一条纳米线可以具有倒圆锥或截头倒圆锥结构，倒圆锥或截头倒圆锥结构的直径从顶部至底部减小。

多条纳米线中的每一条纳米线可以具有沙漏或钻石形结构，其中，直径从顶部至底部减小的倒圆锥或截头倒圆锥结构与直径从顶部至底部增大的圆锥或截头圆锥结构组合。

多条纳米线中的每一条纳米线的侧壁与水平面形成约15°到90°的角。纳米线之间的间隔约为15nm到10μm。

可以进一步包括位于n型半导体层上的透明电极层。

衬底和p型半导体层可以形成为单体结构。衬底和p型半导体层可以包含p型硅。

根据本发明的另一个方面，提供了一种制造太阳能电池的方法。所述方法包括提供衬底；在所述衬底上形成p型半导体层，其包括具有倾斜侧壁的多条纳米线；沿所述多条纳米线的表面在所述p型半导体层上形成n型半导体层；在所述n型半导体层上形成正面电极；以及在所述衬底的背面上形成背面电极，并且在所述n型半导体层上形成绝缘层，绝缘层填充所述多条纳米线之间的空间。